DE102014113880A1

DE102014113880A1 - Steering system for a trailing axle of a vehicle

Info

Publication number: DE102014113880A1
Application number: DE102014113880.5A
Authority: DE
Inventors: Kai Eckmann; Stefan Häußler; Falk Hofmann; Michael Hägele
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: US10370027B2; CN106687360A; BR112017005965A2; BR112017005965B1; WO2016045896A1; JP6522744B2; DE102014113880B4; CN106687360B; US20170217482A1; JP2017528369A

Abstract

Lenksystem für wenigstens eine Nachlauf- oder Vorlaufachse eines Fahrzeuges, umfassend: – einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse des Fahrzeugs, – einen Fahrgeschwindigkeitssensor zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, – einen elektrischen Motor (1.2), der eine hydraulische Pumpe (2) antreibt, – einen Arbeitszylinder (11) zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse, der mit der hydraulischen Pumpe (2) verbunden ist, – ein Steuergerät (1.1), welches mit Hilfe der Daten des Lenkwinkelsensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeuges bestimmt und den elektrischen Motor entsprechend ansteuert, – wobei der Arbeitszylinder (11) eine Mittelstellungsbohrung (11.3) aufweist, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder (11) abgebbar ist und wobei ein Kolben in der Geradeausstellung der Laufräder der Nachlaufachse die Mittelstellungsbohrung (11.3) verschließt, – der Arbeitszylinder (11) ist mit Rückflussventilen (10 und 10.1) verbunden, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, – die Mittelstellungsbohrung (11.3) des Arbeitszylinders (11) ist mit einem Mittelstellungsventil (12) verbunden, über welche Hydraulikflüssigkeit zurück in einen Tank (6) fließen kann, und – die Rückflussventile (10 und 10.1) und das Mittelstellungsventil (12) sind als Sitzventil ausgeführt.Steering system for at least one trailing or leading axle of a vehicle, comprising: a steering angle sensor for measuring a steering angle of wheels of a front axle of the vehicle, a vehicle speed sensor for measuring a driving speed of the vehicle, an electric motor (1.2) comprising a hydraulic pump ( 2) drives, - a working cylinder (11) for articulating the wheels of the trailing axle, which is connected to the hydraulic pump (2), - a control unit (1.1), which with the aid of the data of the steering angle sensor and the vehicle speed sensor, a caster angle of wheels determines the trailing axle of the vehicle and controls the electric motor accordingly, - wherein the working cylinder (11) has a central position bore (11.3), via which hydraulic fluid from the working cylinder (11) can be dispensed and wherein a piston in the straight ahead position of the wheels of the trailing axle the Mittelstellungsbohrun g (11.3) closes, - the working cylinder (11) is connected to reflux valves (10 and 10.1), through which hydraulic fluid can flow back into a tank (6), - the center position bore (11.3) of the working cylinder (11) is equipped with a center position valve (12), via which hydraulic fluid can flow back into a tank (6), and - the reflux valves (10 and 10.1) and the middle position valve (12) are designed as a seat valve.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Lenksysteme und insbesondere ein Lenksystem für eine Nachlaufachse eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1. The present invention relates to the technical field of the steering systems and more particularly to a steering system for a trailing axle of a vehicle according to claim 1.

Stand der Technik State of the art

Schwere Fahrzeuge – insbesondere Nutzfahrzeuge – verfügen oft über mehr als zwei Achsen, sogenannte Nachlaufachsen (NLA). Sind die NLA starr ausgeführt, haben die Fahrzeuge einen großen Wendekreis. Daher wird oft neben einer Vorderachslenkung zusätzlich eine lenkbare NLA eingebaut. Die NLA kann dabei zwangsgelenkt oder adhäsionsgelenkt, d.h. durch die Rückstellbewegung der Räder selbst gelenkt sein. Diese zusätzliche NLA-Lenkung ermöglicht kleinere Kurvenradien, wodurch eine höhere Manövrierbarkeit erreicht wird. Zusätzlich reduziert sich der Schräglaufwinkel an den Reifen, wodurch der Reifenverschleiß des Fahrzeuges reduziert wird. Heavy vehicles - especially commercial vehicles - often have more than two axes, so-called trailing axles (NLA). If the NLA are rigid, the vehicles have a large turning circle. Therefore, in addition to a front-axle steering system, a steerable NLA is often installed. The NLA may be force-deflected or adhesion-steered, i. be directed by the return movement of the wheels themselves. This additional NLA steering allows for smaller curve radii, resulting in greater maneuverability. In addition, the slip angle on the tire is reduced, thereby reducing the tire wear of the vehicle.

Ein aktives Lenken der NLA ist jedoch nur bei niedrigen Geschwindigkeiten erwünscht. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist kein Lenken der NLA erwünscht, da dies ein stabiles Fahren negativ beeinflusst. Die NLA muss ab einer bestimmten, vom Fahrzeug abhängigen Geschwindigkeit fixiert werden, um keinen instabilen Fahrzustand hervorzurufen. Bei solchen Systemen ist es vorteilhaft, dass bei einem Ausfall oder bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Achse in Geradeausstellung gehalten werden kann. However, active steering of the NLA is desired only at low speeds. At higher vehicle speeds, no steering of the NLA is desired, as this negatively affects stable driving. The NLA must be fixed at a certain vehicle-dependent speed, so as not to cause an unstable driving condition. In such systems, it is advantageous that in case of failure or at higher speeds, the axis can be kept in the straight ahead position.

Stand der Technik ist, dass die NLA über einen Hydraulik-Zylinder angelenkt wird. Das Öl wird über eine Pumpe, die über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, in die eine oder andere Zylinderkammer gepumpt, abhängig davon, wie die Ventile geschaltet sind. Deshalb würde gerade bei der Geradeausfahrt, in welcher sich das Fahrzeug lange Zeit befindet, die Hydraulikpumpe ständig angetrieben, obwohl dies nicht erforderlich ist. In diesem Betriebszustand erzeugt die Hydraulik Verluste, denen kein Mehrwert entgegen steht. Dies steht der Forderung nach einem niedrigeren Kraftstoffbedarf des Fahrzeugs entgegen. The state of the art is that the NLA is articulated via a hydraulic cylinder. The oil is pumped into one or the other cylinder chamber via a pump that is driven by the internal combustion engine, depending on how the valves are switched. Therefore, especially in the straight-ahead driving, in which the vehicle is a long time, the hydraulic pump would be constantly driven, although this is not required. In this operating condition, the hydraulics generate losses that are not countered by added value. This is contrary to the demand for a lower fuel consumption of the vehicle.

Das Problem wird dadurch gelöst, indem die Lenkungspumpe nicht über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, sondern über einen Elektromotor. Da der Elektromotor in beide Richtungen gleichwertig antreiben kann, kann mit einer reversierbaren Pumpe je nach Drehrichtung der eine oder der andere Zylinderraum beaufschlagt werden. The problem is solved by the steering pump is not driven by the internal combustion engine, but via an electric motor. Since the electric motor can drive equally in both directions, one or the other cylinder chamber can be acted upon by a reversible pump depending on the direction of rotation.

In der deutschen Patentschrift DE 4414161 C1 wird eine Mehrachslenkanlage beschrieben, in welcher ein Geberzylinder angesteuert wird. Je nach Stellung des Geberzylinders an der vorderen Achse reagiert der Nehmerzylinder an der hinteren Achse. Nachteilig an diesem System ist aber die direkte Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Geberzylinders. So besteht mit diesem System keine Möglichkeit einer geschwindigkeitsabhängigen Einflussnahme auf die hintere Achse. In the German patent DE 4414161 C1 a multi-axle steering system is described in which a master cylinder is controlled. Depending on the position of the master cylinder on the front axle, the slave cylinder reacts on the rear axle. However, a disadvantage of this system is the direct dependence on the respective position of the master cylinder. Thus, there is no possibility of a speed-dependent influence on the rear axle with this system.

Die DE 103 51 482 A1 zeigt ein Lenksystem, bei dem eine hydraulische angelenkte Fahrzeughinterachse mit einer zusätzlichen Blockiervorrichtung in der aktuellen Stellung gehalten bzw. adhäsionsgelenkt in eine Mittenstellung zurückgelenkt und dann arretiert wird. Dies erfordert jedoch weitere Bauteile, benötigt zusätzlichen Bauraum und ist somit teuer. The DE 103 51 482 A1 shows a steering system in which a hydraulically articulated vehicle rear axle with an additional locking device in the current position held or adhesion-steered deflected back to a central position and then locked. However, this requires more components, requires additional space and is therefore expensive.

Die DE 10 2006 008 436 A1 zeigt eine mechanisch gekoppelte Mehrachslenkanlage, bei der nur dann eine Lenkkraft auf die zusätzliche Lenkachse aufgebracht wird, wenn diese auch aktiv – also beim Lenkeinschlag – benötigt wird. Jedoch ist dieses System für eine Hinterachslenkung, welche ab einem gewissen Geschwindigkeitsbereich in Geradeausfahrt gesperrt werden soll, nur mit sehr viel Aufwand realisierbar. The DE 10 2006 008 436 A1 shows a mechanically coupled multi-axle steering system, in which only a steering force is applied to the additional steering axle, if this is also active - so when steering lock - is needed. However, this system can only be implemented with great effort for a rear-axle steering, which is to be locked in straight ahead driving from a certain speed range.

Schließlich offenbart die DE 10 2012 105 976 A1 ein Lenksystem für eine Nachlaufachse mit einer elektronischen Steuerung bei dem das Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse stattfindet. Die Pumpe wird über einen Elektromotor angetrieben, wodurch das System energieeffizient arbeitet. Die Blockierfunktion ist in einfachster Weise dadurch realisiert, dass bei der adhäsionsgetriebenen Rückbewegung des Kolbens Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder durch eine Mittenbohrung abgegeben wird. Erreicht der Kolben diese Mittenbohrung, verschließt er sie und blockiert damit eine weitere Bewegung. Finally, the reveals DE 10 2012 105 976 A1 a steering system for a trailing axle with an electronic control in which the steering of the trailing axle takes place independently of the front axle. The pump is driven by an electric motor which makes the system energy efficient. The blocking function is realized in the simplest way, that in the adhesion-driven return movement of the piston hydraulic fluid is discharged from the working cylinder through a central bore. When the piston reaches this center hole, it closes it and blocks another movement.

In der Fluidverbindung zwischen Mittenbohrung und Pumpe ist ein Ventil geschaltet, welches in der Arbeitsstellung einen Fluidfluss dort unterbindet. Das Ventil wird im Fehlerfall stromlos geschaltet und ermöglicht dann einen Fluidfluss. Dieses Ventil ist als Schieberventil ausgeführt. In the fluid connection between the center bore and the pump, a valve is connected, which prevents a fluid flow there in the working position. The valve is de-energized in the event of a fault and then allows a fluid flow. This valve is designed as a slide valve.

Schieberventile sind allerdings schmutzanfällig. Beispielsweise können bei dem Lenksystem in der Hydraulikflüssigkeit herumschwimmende Metallpartikel den Kolben verklemmen. Gate valves are however dirt susceptible. For example, metal particles floating around in the hydraulic fluid in the steering system may jam the piston.

Die Pumpe ist mit jeweils einer Verbindungsleitung mit den beiden Zylinderräumen des Arbeitszylinders verbunden. Wird der erste Zylinderraum mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, drückt der Kolben die Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum über die Verbindungsleitung in Richtung Pumpe. Die beiden Verbindungsleitungen sind damit gleichzeitig Zu- und Rückleitung. Die Hydraulikflüssigkeit wird in dem Kreislauf praktisch immer hin und her geschoben. Dadurch entstehen mehrere Nachteile, da Lufteinschlüsse in der Hydraulikflüssigkeit nicht herausgeleitet werden können. Insbesondere bei der Erstbefüllung kann das System schlecht entlüftet werden. Weiterhin kann in den Kreislauf kein Filter zum Herausfiltern von Schmutzteilen aus der Hydraulikflüssigkeit eingebaut werden, da die Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen fließt. The pump is connected to a connecting line with the two cylinder chambers of the working cylinder. If the first cylinder chamber is filled with hydraulic fluid, the piston pushes the hydraulic fluid from the second cylinder chamber via the connecting line in the direction of the pump. The two connecting lines are thus simultaneously supply and return line. The hydraulic fluid is in the Circulation practically always pushed back and forth. This causes several disadvantages, since air bubbles in the hydraulic fluid can not be led out. Especially at the first filling, the system can be poorly vented. Furthermore, no filter for filtering out dirt particles from the hydraulic fluid can be installed in the circuit since the hydraulic fluid flows in both directions.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lenksystem für eine Nachlaufachse bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile beseitigt sind. Ein Ausfall des Systems durch Verklemmen des Ventilkolbens oder durch Leitungsbruch soll vermieden werden. Darüber hinaus soll es möglich sein, dass das System einfach entlüftet und die Hydraulikflüssigkeit durch Filterung gesäubert werden kann. The object of the present invention is to provide a steering system for a trailing axle, in which the above-mentioned disadvantages are eliminated. A failure of the system by jamming the valve piston or by line break should be avoided. In addition, it should be possible that the system is easily vented and the hydraulic fluid can be cleaned by filtering.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass statt eines Schieberventils mehrere Sitzventile verwendet werden. Diese haben den Vorteil, dass Metallpartikel in der Hydraulikflüssigkeit die Funktion des Ventils nicht beinträchtigen können, sondern wieder heraus geschwemmt werden. Die Sitzventile sind im Gehäuse eingebaut und über feste stabile Leitungen an den Arbeitszylinder angeschlossen. Diese festen Leitungen können gebohrte Ölkanäle im Gehäuse oder am Gehäuse verlaufende Metallrohre sein. Dadurch wird ein Ausfall des Systems durch Leitungsbruch verhindert, welcher in bisherigen Systemen, bei denen die Komponenten durch Schläuche miteinander verbunden waren, vorkommen konnte. The object is achieved in that instead of a slide valve several seat valves are used. These have the advantage that metal particles in the hydraulic fluid can not affect the function of the valve, but are washed out again. The poppet valves are installed in the housing and connected to the cylinder via solid, solid lines. These solid lines may be drilled oil channels in the housing or metal tubes running on the housing. This prevents a failure of the system due to cable break, which could occur in previous systems in which the components were connected by hoses.

Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass nun eine Rückleitung vom Arbeitszylinder zu einem Öltank vorgesehen ist. Die Pumpe saugt zunächst immer aus dem Öltank und leitet das Öl zum Arbeitszylinder. Der Arbeitszylinder schiebt das Öl dann über die Rückleitung wieder zum Tank, wo sich dann mögliche Lufteinschlüsse absetzen können. Damit ist die Ölflußrichtung eindeutig in jeder Leitung definiert. Somit ist es nun auch möglich, Filter einzubauen, um das Öl von Schmutzteilchen zu reinigen. The object is further achieved in that now a return from the cylinder to an oil tank is provided. The pump always initially sucks out of the oil tank and directs the oil to the working cylinder. The working cylinder pushes the oil over the return line back to the tank, where then possible air pockets settle. Thus, the direction of oil flow is clearly defined in each line. Thus, it is now also possible to install filters to clean the oil of dirt particles.

1 zeigt ein Funktionsschaubild eines Fahrzeugs. Zum Detektieren eines Lenkwinkels von Laufrädern einer Vorderachse ist hier ein Lenkwinkelsensor S_α, und zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit v ein Fahrgeschwindigkeitssensor S_v vorgesehen. Deren Signale werden über eine Signalleitung an das Lenksystem LS der Nachlaufachse übermittelt. 1 shows a functional diagram of a vehicle. For detecting a steering angle of wheels of a front axle here is a steering angle sensor S _α , and for detecting a vehicle speed v a vehicle speed sensor S _v provided. Their signals are transmitted via a signal line to the steering system LS the trailing axle.

Die 2 zeigt den hydraulischen Schaltplan des gesamten Lenksystems. Die von einem Lenkwinkelsensor, welcher den Lenkwinkel an der Vorderachse misst, und von einem Fahrgeschwindigkeitssensor ermittelten Daten werden in ein Steuergerät 1.1 eingegeben. Das Steuergerät 1.1 berechnet aus den Daten einen Nachlaufwinkel von Laufrädern an der Nachlaufachse des Fahrzeugs und steuert entsprechend einen elektrischen Motor 1.2 an. The 2 shows the hydraulic circuit diagram of the entire steering system. The data determined by a steering angle sensor, which measures the steering angle at the front axle, and data determined by a vehicle speed sensor become a control unit 1.1 entered. The control unit 1.1 calculates from the data a caster angle of wheels on the trailing axle of the vehicle and controls accordingly an electric motor 1.2 at.

Der elektrische Motor 1.2 dient zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe 2, die wiederum mit wenigstens einem Arbeitszylinder 11 zum Anlenken der Laufräder der Nachlaufachse verbunden ist. Der Arbeitszylinder 11 verfügt über eine Mittenbohrung 11.3, über welche Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitszylinder 11 abgebbar ist, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in eine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher er die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. The electric engine 1.2 serves to drive a hydraulic pump 2 , in turn, with at least one working cylinder 11 for articulating the wheels of the trailing axle is connected. The working cylinder 11 has a center hole 11.3 , about which hydraulic fluid from the working cylinder 11 can be dispensed, so that the piston is driven by adhesion to a central position, in which it closes the central bore, and the wheels of the trailing axle are blocked in a straight ahead position.

Bei diesem elektrohydraulischen Lenksystem erfolgt das Anlenken der Nachlaufachse unabhängig von der Vorderachse da das Lenkrad nicht mechanisch mit der zu lenkenden Achse verbunden ist. Zudem ist dieses System vom Verbrennungsmotor entkoppelt, so dass einerseits eine bedarfsgerechte Regelung und andererseits – durch die wenigen und zudem frei plazierbaren Bauteile – eine hohe räumliche Flexibilität bei dessen Verbau gewährleistet ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie im Stand ist mit diesem System ein aktives Lenken abhängig vom Lenkwinkel der Vorderachse und von der Fahrgeschwindigkeit möglich. Insbesondere sind die Räder der Nachlaufachse auch bei einem Ausfall der Elektronik und/oder der Hydraulik jederzeit automatisch, d.h. ädhäsionsgetrieben aus jedem Auslenkungswinkel in ihre Geradeausstellung bringbar und dort auch zuverlässig blockierbar, ohne dass dazu eine zusätzliche Elektronik und/oder Hydraulik notwendig wäre. In this electro-hydraulic steering system, the trailing axle is articulated independently of the front axle since the steering wheel is not mechanically connected to the axle to be steered. In addition, this system is decoupled from the internal combustion engine, so that on the one hand a needs-based control and on the other hand - by the few and also freely placeable components - a high spatial flexibility is ensured during its installation. At low speeds and when stationary, this system enables active steering depending on the steering angle of the front axle and on the driving speed. In particular, the wheels of the trailing axle are automatic at any time even in the event of a failure of the electronics and / or hydraulics, i. ädhäsionsgetrieben from each deflection angle in their straight-ahead position can be brought and there reliably blocked, without the need for additional electronics and / or hydraulics would be necessary.

Bei der adhäsionsgetriebenen Bewegung des Kolbens in Richtung der Mittenbohrung wird die Hydraulikflüssigkeit aus einem Zylinderraum in Richtung Öltank hin abgegeben, während in den anderen Zylinderraum – ohne Pumpeneinsatz – Flüssigkeit nachgesogen wird. Sobald die Mittenbohrung durch den Kolben verschlossen wird, ist dessen weitere Bewegung durch die beidseitig sozusagen eingesperrte Hydraulikflüssigkeit blockiert, so dass die Räder der Nachlaufachse sicher in ihrer Geradeausstellung gehalten werden. Bei einem Ausfall der Hydraulik und/oder Elektrik bei niedrigen Geschwindigkeiten besteht somit die Möglichkeit, dass die Nachlaufachse gedämpft adhäsionsgelenkt in die Mittenstellung gefahren und dort gehalten wird. In the adhesion-driven movement of the piston in the direction of the center bore, the hydraulic fluid is discharged from a cylinder space in the direction of the oil tank, while in the other cylinder space - without pump insert - liquid is sucked. As soon as the center bore is closed by the piston, its further movement is blocked by the hydraulic fluid caged on both sides, so to speak, so that the wheels of the trailing axle are securely held in their straight-ahead position. In case of failure of the hydraulic and / or electrical system at low speeds, there is thus the possibility that the trailing axle is driven attenuated adhesion-controlled in the center position and held there.

Unter einer Nachlaufachse soll dabei jede Achse verstanden werden, die dem Ausschlag einer gelenkten Achse folgt, und die einer starren Hinter- oder Vorderachse nach- oder vorlaufend, also auch als Vorlaufachse, angeordnet sein kann. Das erfindungsgemäße Lenksystem kann damit auch bei Anhängern, Aufliegern oder einer zweiten gelenkten Vorderachse eingesetzt werden. A trailing axle should be understood to mean any axle which follows the deflection of a steered axle and which can be arranged behind or ahead of a rigid rear or front axle, ie also as a leading axle. The steering system according to the invention can thus also in Trailers, semi-trailers or a second steered front axle are used.

Das erfindungsgemäße Lenksystem weist ein Ventil auf, das in eine Fluidverbindung zwischen der Mittenbohrung und dem Öltank geschaltet ist, und das in einer Grundstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und dem Öltank freigibt, und das in einer Arbeitsstellung einen Fluidfluss zwischen der Mittenbohrung des Arbeitszylinders und dem Öltank unterbindet, und bei dem das Steuergerät zum Erkennen von Störungen und im Fall einer Störung zum Schalten des Ventil in seine Grundstellung ausgebildet ist, so dass der Kolben adhäsionsgetrieben bis in seine Mittenstellung bewegbar ist, in welcher der Kolben die Mittenbohrung verschließt, und die Laufräder der Nachlaufachse in einer Geradeausstellung blockiert sind. Bei einem Ausfall z.B. der Pumpe kann das System durch entsprechende Schaltung des Ventils in einen sicheren Zustand überführt werden. Während das Ventil z.B. im störungsfreien Betrieb des Lenksystems in seiner Arbeitsstellung steht, in welcher der Kolben nur über die Pumpe bewegbar ist, kann es dann, wenn es zu einer Störung kommt, durch Öffnen der Mittenbohrung dessen Bewegung in die Mittenstellung zulassen. In dieser Grundstellung ist das Ventil stromlos geschaltet und lässt sich damit energielos und somit besonders zuverlässig halten, wobei auch die deaktivierte Pumpe keine zusätzliche Energie mehr benötigt. Die Mittenstellung des Kolbens kann zuverlässig gehalten werden, da dieser die Mittenbohrung des Zylinders verschließt und ein weiterer Austritt von Hydraulikflüssigkeit nicht mehr möglich ist. The steering system according to the invention comprises a valve, which is connected in fluid communication between the center bore and the oil tank, and which releases a fluid flow between the center bore of the working cylinder and the oil tank in a normal position, and in a working position, a fluid flow between the center bore of the working cylinder and prevents the oil tank, and wherein the control unit is designed to detect malfunctions and in case of failure to switch the valve to its normal position, so that the piston is adhesion driven to its middle position movable, in which the piston closes the central bore, and the wheels of the trailing axle are blocked in a straight-ahead position. In case of failure e.g. the pump can be the system by appropriate switching of the valve in a safe state to be transferred. While the valve is e.g. is in its working position in the trouble-free operation of the steering system, in which the piston is movable only via the pump, it can then, if it comes to a fault, by opening the center bore allow its movement to the center position. In this basic position, the valve is de-energized and can thus keep energy-free and thus very reliable, with the deactivated pump no additional energy needed. The center position of the piston can be reliably held because it closes the center bore of the cylinder and a further discharge of hydraulic fluid is no longer possible.

Das Steuergerät kann dabei dazu ausgebildet sein, bei Überschreiten einer vorgebbaren Fahrgeschwindigkeit auch den Motor stromlos zu schalten. Die Nachlaufachse wird damit – ab einer gewissen voreinstellbaren Geschwindigkeit – automatisch, d.h. adhäsionsgetrieben in ihre Mittenstellung gefahren und dort gehalten, so dass sich deren Laufräder in Geradeausfahrstellung befinden. Da diese Mittenstellung ohne weiteren Energieaufwand gehalten werden kann, ist die Leistungsaufnahme des Systems minimal. The control unit can be designed to switch the motor off when a predeterminable vehicle speed is exceeded. The trailing axle is thus - automatically from a certain presettable speed - i. driven by adhesion in their center position and held there, so that their wheels are in straight-ahead driving position. Since this center position can be maintained without further energy consumption, the power consumption of the system is minimal.

In bevorzugter Weise ist die Pumpe als reversierbar betreibbare Pumpe oder als eine Kombination aus einer einsinnig betreibbaren Pumpe mit einem Ventilblock ausgeführt. Eine reversierbar betreibbare Pumpe stellt dabei die geringsten Anforderungen an den Platzbedarf des Lenksystems, während eine einsinnig betreibbare Pumpe einen einfacheren elektrischen Antrieb benötigt. Preferably, the pump is designed as a reversibly operable pump or as a combination of a one-way operable pump with a valve block. A reversibly operable pump makes the least demands on the space requirements of the steering system, while a one-way operable pump requires a simpler electric drive.

Die Pumpe 2 saugt über die Nachsaugventile 3, 3.1 Öl aus dem Ölbehälter 6. Da grober Schmutz im Öltank 6 sein kann, sind zur Absicherung zwei Filter 4, 4.1 in der Saugleitung angeordnet. The pump 2 sucks over the suction valves 3 . 3.1 Oil from the oil reservoir 6 , Because coarse dirt in the oil tank 6 can be two filters for protection 4 . 4.1 arranged in the suction line.

Beim Lenkvorgang fördert die Pumpe 2 über die Zuleitung 7, 7.1 durch die Filter 8, 8.1 und die Rückschlagventile 9, 9.1 Öl in einen Zylinderraum 11.1, 11.2. During the steering process, the pump promotes 2 over the supply line 7 . 7.1 through the filters 8th . 8.1 and the check valves 9 . 9.1 Oil in a cylinder room 11.1 . 11.2 ,

Jedem Zylinderraum 11.1, 11.2 ist ein Rückflussventil 10, 10.1 zugeordnet, welches beim Befüllen des Zylinderraumes 11.1, 11.2 geschlossen ist. Durch den Druckaufbau in einem Zylinderraum 11.1, 11.2 wird das Rückflussventil 10, 10.1 des jeweils anderen Zylinderraumes 11.1, 11.2 geöffnet und dadurch der Rückfluss aus dem anderen Zylinderraum 11.1, 11.2 durch den Filter 5 zum Tank 6 ermöglicht. Every cylinder room 11.1 . 11.2 is a reflux valve 10 . 10.1 assigned, which when filling the cylinder space 11.1 . 11.2 closed is. By the pressure build-up in a cylinder room 11.1 . 11.2 becomes the reflux valve 10 . 10.1 the other cylinder space 11.1 . 11.2 opened and thereby the return flow from the other cylinder space 11.1 . 11.2 through the filter 5 to the tank 6 allows.

Das Mittelstellungsventil 12 weist für die geöffnete Schaltstellung einen definierten Durchflußquerschnitt auf, wodurch die Rückstellgeschwindigkeit der Nachlaufachse genau eingestellt werden kann. The middle position valve 12 has a defined flow area for the open switch position, whereby the return speed of the trailing axle can be accurately adjusted.

Im Folgenden werden die verschiedenen Betriebszustände beschrieben. The following describes the various operating states.

Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit Straight ahead, higher driving speed

Bei der Geradeausfahrt mit höherer Fahrgeschwindigkeit wird die Nachlaufachse nicht angelenkt sondern muss in der Geradeausstellung gehalten werden. Die Achse kann hier aktiv durch den Motor gehalten werden, wodurch aber Energie verbraucht wird. Bevorzugt wird daher die Achse durch im Zylinder 11 eingeschlossenes Öl gehalten. Hierbei wird die Achse aktiv vom Motor auf Geradeausfahrtposition zurückgeführt und anschließend das Lenksystem passiv geschaltet, d.h. das Mittelstellungsventil 12 wird geschlossen und sperrt somit zusammen mit den Rückschlagventilen 9 und 9.1 die Zylinderräume ein. Vorteil hierbei ist, dass keine Energie mehr vom Motor benötigt wird. When driving straight ahead at higher speeds, the trailing axle is not articulated but must be kept in the straight-ahead position. The axle can be actively held by the motor here, but energy is consumed. Therefore, the axis is preferred by in the cylinder 11 enclosed oil held. In this case, the axis is actively returned from the engine to the straight-ahead driving position, and then the steering system is switched to passive, ie the mid-position valve 12 is closed and thus locks together with the check valves 9 and 9.1 the cylinder chambers. The advantage here is that no more energy is needed by the engine.

Aktives Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit Active steering, low driving speed

Bei aktivem Lenken wird der Lenkeinschlag der Vorderachse messtechnisch detektiert und an das Steuergerät 1.1 der Hinterachslenkung übermittelt. Mit diesen und weiteren Parametern z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Sollwert der Hinterachse berechnet und der Motor 1.2 vom Steuergerät 1.1 angesteuert. Über den Lagesensor 13 wird der Istwert detektiert und zur Regelung verwendet. Dieser treibt direkt eine reversierbare Pumpe 2 an. Diese fördert z.B. in Richtung Zuleitung 7 zur Zylinderseite 11.1. Die Pumpe 2 saugt immer über die Nachsaugventile 3 und 3.1 gefiltertes Öl aus dem Ölbehälter 6. Durch den Druckaufbau in Zylinderkammer 11.1 wird das Rückflussventil 10.1 geschaltet und der Rückstrom aus Zylinderkammer 11.2 durch den Filter 5 zum Tank 6 ermöglicht. Die Ansteuerung des Motors 1 erfolgt über einen entsprechenden Regelalgorithmus bis der Sollwert der Hinterachse erreicht ist. With active steering, the steering angle of the front axle is detected by measurement and sent to the control unit 1.1 the rear axle steering transmitted. With these and other parameters such as the vehicle speed of the setpoint of the rear axle is calculated and the engine 1.2 from the control unit 1.1 driven. About the position sensor 13 the actual value is detected and used for regulation. This drives directly a reversible pump 2 at. This promotes eg in the direction of supply line 7 to the cylinder side 11.1 , The pump 2 always sucks over the suction valves 3 and 3.1 filtered oil from the oil reservoir 6 , By the pressure build-up in the cylinder chamber 11.1 becomes the reflux valve 10.1 switched and the return flow from cylinder chamber 11.2 through the filter 5 to the tank 6 allows. The control of the motor 1 takes place via a corresponding control algorithm until the target value of the rear axle is reached.

Ausfall des Lenksystems Failure of the steering system

Kommt es zu einem Ausfall des Lenksystems (z.B. ein Fehler des Motors 1.2, Sensors 13 oder des Steuergerätes 1.1) wird Motor 1.2 abgeschaltet, das Mittelstellungsventil 12 geht in seine Grundstellung und die Achse wird über die Radkräfte und die gewünschte Dämpfung über die Mittenbohrung 11.3 in die Geradeausfahrtstellung zurückgeführt, d.h. sicherer Zustand. Dort wird die Achse wie nachfolgend erläutert gehalten. If there is a failure of the steering system (eg a fault of the engine 1.2 , Sensors 13 or the control unit 1.1 ) becomes engine 1.2 switched off, the middle position valve 12 goes into its basic position and the axle is about the wheel forces and the desired damping via the center hole 11.3 returned to the straight-ahead position, ie safe state. There, the axis is held as explained below.

Ausfall bei Geradeausfahrt, höhere Fahrgeschwindigkeit Failure when driving straight ahead, higher driving speed

Fällt das System bei der Geradeausfahrt aus, so hat dies keine Auswirkungen, da die Kolbendichtung die Mittelstellungsbohrung verschlossen hat und die Rückschlagventile 9 und 9.1 keinen Rückfluss des Öls aus dem Zylinder 11 ermöglichen, d.h. Zylinder ist hydraulisch blockiert. If the system fails when driving straight ahead, this has no effect because the piston seal has closed the middle position bore and the non-return valves 9 and 9.1 no return of the oil from the cylinder 11 allow, ie cylinder is hydraulically blocked.

Ausfall beim unterstützten Lenken, niedrige Fahrgeschwindigkeit Failed assisted steering, low driving speed

Fällt das System bei aktivem Lenken aus, so wird der Magnet des Mittelstellungsventils 12 stromlos geschaltet, wodurch es seine Grundstellung einnimmt. Befindet sich der Kolben in der Geradeausfahrtposition, so kann dieser nicht weiter bewegt werden – demnach bleibt die Achse gehalten. Ist die Achse ausgelenkt, so besteht bei vielen Fehlerfällen nicht die Möglichkeit die Achse aktiv in Mittelstellung zu bringen. Bei einer Kurvenfahrt wird durch das Stromlosschalten des Mittelstellungsventils 12 verhindert, dass die Achse weiter ausgelenkt, als sie in diesem Moment befindet. Die Achsrückstellkräfte versuchen den Zylinder in Richtung Geradeausfahrt zu bewegen, diese Bewegung wird durch die Mittelstellungsbohrung 11.3 im Zylinder ermöglicht, bis der Kolben die Mittenposition erreicht. Nach Erreichen der Mittenposition wird die Achse in dieser Stellung gehalten, da der Kolben die Mittelstellungsbohrung 11.3 verschließt. Durch die Mittelstellungsbohrung 11.3 bzw. einer Drossel im Mittelstellungsventil 12 kann die Geschwindigkeit der Achsbewegung im Falle des Ausfalls so eingestellt werden, dass kein kritischer Fahrzustand entsteht. Für die Zurückbewegung des Kolbens in Richtung der Mittelstellung muss aus dem Tank 6 Öl nachgesaugt werden. Dies erfolgt über die Nachsaugventile 3 und 3.1 sowie die Rückschlagventile 9 und 9.1. If the system fails when steering is active, the solenoid of the middle position valve becomes 12 de-energized, whereby it assumes its basic position. If the piston is in the straight-ahead position, it can not be moved any further - thus the axle remains held. If the axis is deflected, it is not possible to actively bring the axis into the middle position in the case of many errors. When cornering is by the de-energizing the mid-position valve 12 prevents the axle from being deflected further than it is at this moment. The Achsrepstellkräfte try to move the cylinder in the direction of straight ahead, this movement is through the center position hole 11.3 in the cylinder until the piston reaches the center position. After reaching the center position, the axle is held in this position, since the piston the center position hole 11.3 closes. Through the middle position hole 11.3 or a throttle in the mid-position valve 12 In the case of failure, the speed of the axle movement can be adjusted so that no critical driving condition arises. For the return movement of the piston in the direction of the middle position must be out of the tank 6 Be sucked up with oil. This is done via the suction valves 3 and 3.1 and the check valves 9 and 9.1 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.1 1.1: Steuergerät control unit
1.2 1.2: Elektrischer Motor Electric engine
2 2: Pumpe pump
3/3.1 3 / 3.1: Nachsaugventil cavitation valve
4/4.1 4 / 4.1: Filter filter
5 5: Filter filter
6 6: Tank tank
7/7.1 7 / 7.1: Zuleitung supply
8/8.1 8 / 8.1: Filter filter
9/9.1 9 / 9.1: Rückschlagventil check valve
10/10.1 10 / 10.1: Rückflussventil Backflow valve
11 11: Arbeitszylinder working cylinder
11.1/11.2 11.1 / 11.2: Zylinderraum cylinder space
11.3 11.3: Mittelstellungsbohrung Center position hole
13 13: Lagesensor position sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4414161 C1 [0006]
DE 10351482 A1 [0007]
DE 102006008436 A1 [0008]
DE 102012105976 A1 [0009]

Claims

Steering system for at least one trailing or leading axle of a vehicle, comprising: a steering angle sensor for measuring a steering angle of wheels of a front axle of the vehicle, a vehicle speed sensor for measuring a driving speed of the vehicle, an electric motor 1.2 ), which is a hydraulic pump ( 2 ), - a working cylinder ( 11 ) for the articulation of the wheels of the trailing axle, which via supply lines ( 7 and 7.1 ) with the hydraulic pump ( 2 ), - a control unit ( 1.1 ), which determines with the help of the data of the steering angle sensor and the vehicle speed sensor, a caster angle of wheels on the trailing axle of the vehicle and controls the electric motor accordingly, - wherein the working cylinder ( 11 ) a middle position hole ( 11.3 ), via which hydraulic fluid from the working cylinder ( 11 ) is deliverable and wherein a piston in the straight-ahead position of the wheels of the trailing axle, the middle position hole ( 11.3 ), characterized in that - the working cylinder ( 11 ) with reflux valves ( 10 and 10.1 ) via which hydraulic fluid is returned to a tank ( 6 ), - that the mid-hole ( 11.3 ) of the working cylinder ( 11 ) with a middle position valve ( 12 ) via which hydraulic fluid is returned to a tank ( 6 ), and - that the reflux valves ( 10 and 10.1 ) and the middle position valve ( 12 ) are designed as a seat valve.

Steering system according to claim 1, characterized in that in the return line from the working cylinder ( 11 ) to the tank ( 6 ) a filter ( 5 ) is arranged for cleaning the hydraulic fluid.

Steering system according to claims 1 and 2, characterized in that in the suction lines filter ( 4 and 4.1 ) are arranged.

Steering system according to claims 1 to 3, characterized in that in the supply lines ( 7 and 7.1 ) Filters ( 8th and 8.1 ) are arranged.